Studio e sviluppo dell’architettura 3GPP NGCN (New Generation Core Network) per il 5G

La tesi consisterà in un periodo di ricerca sugli standard 3GPP (Rel.15) per quanto riguarda il core network di prossima generazione. La nuova core NGCN andrà a supportare la nuova radio NGR (new generation radio) 5G.

Il progetto prevede anche uno stage in azienda, presso la sede di Vicenza di Athonet, che potrà consistere anche nella programmazione e testing di moduli software per la core 5G.

Per informazioni su Athonet: http://www.athonet.com/athonet/

Per informazioni su stage e tesi contattare il prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei.unipd.it)

English version follows below.

I sistemi cellulari di quinta generazione (5G) saranno caratterizzati dalla coesistenza, all'interno di una stessa rete, di utenti con diversi tipi di traffico (variabile e fisso con diversi requisiti). Grazie ad opportune tecniche di focalizzazione (beamforming), il canale risultante nella banda delle onde millimetriche (mm-wave) è caratterizzato da un limitato numero di percorsi ad alto guadagno, che si può descrivere come una matrice sparsa (con pochi elementi diversi da zero). Lo scopo della tesi è quello di sfruttare la sparsità del canale per formulare degli algoritmi di scheduling e allocazione della potenza ai diversi utenti garantendo loro i requisiti di traffico richiesti. La tesi sarà suddivisa in due fasi: la prima fase consisterà nell'integrazione di collegamenti di backhauling (base station-base station) e di collegamenti a traffico minimo garantito all'interno di soluzioni già presenti che sfruttano un modello di canale semplificato; la seconda fase consisterà nell'estensione del risultante metodo al modello di canale mm-wave fornito dallo standard 3GPP.
Il problem verrà studiato dal punto di vista teorico e successivamente testato tramite simulazioni in Matlab a partire da strumenti già disponibili per l'allocazione delle risorse nel canale mm-wave.

Per informazioni contattare il prof. Tomasin (tomasin@dei.unipd.it)

Fifth-generation (5G) cellular system will be characterized by mixed-traffic type networks, i.e. networks where users with different rate requirements (both variable and fixed) will coexist. Thanks to beamforming techniques the resulting channel in the millimeter wave (mm- wave) band will be composed by a limited number of high gain paths, that can be modeled as a matrix with a small number of non-zero entries (sparse matrix). The purpose of the thesis is to exploit the sparsity of the mm-wave channel to design scheduling and power allocation algorithms that fulfill the rate requirements of the users.
The thesis activity will be divided in two stages: the first will consist in the integration of backhauling links (base station to base station) and minimum rate guarantee links into existing solutions that exploit a simplified channel model; the second phase will extend the obtained solution to the standard 3GPP mm-wave channel model.
The problem will be firstly addressed from a theoretical point of view and then tested via Matlab simulations starting from already available tools for resource allocation on the mm-wave channel.

For further information please contact prof. Tomasin (tomasin@dei.unipd.it)

English text is reported below.

I sistemi cellulari di quinta generazione (5G) utilizzeranno la banda delle onde millimetriche per la trasmissione. Per ovviare alla forte attenuazione a queste frequenze è necesario usare molte antenne in trasmissione/ricezione e poter così concentrare i segnali mediante tecniche di focalizzazione (beamforming). La stima del canale risultante diventa particolarmente complicata a causa del basso rapporto segnale/rumore a cui si opera.
La tesi occupa della stima del canale radio, ottenuta trasmettendo dei segnali pilota noti al ricevitore e elaborando il segnale ricevuto. Le tecniche che si utilizzeranno sono basate sull'elaborazione del segnale e sfrutteranno le caratteristiche del canale mm-wave, ovvero il basso numero di riflessioni che tipicamente si ha e il fatto che queste riflessioni provengono normalmente da ancor meno fonti, dando luogo ad un raggruppamento (clustering) dei cammini seguiti dal segnale dal trasmettitore al ricevitore. In particolare si utilizzeranno metodi di compressed sensing e clustering.
Oltre allo studio del problema e delle soluzioni dal punto di vista teorico la tesi prevede la simulazione in Matlab delle soluzioni trovate, a partire da strumenti già disponibili per la simulazione del canale mm-wave.

Per informazioni contattare il Prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei.unipd.it).

Fifth-generation (5G) cellular systems will exploit the mm-wave band for transmission. In order to overcome the strong attenuation at these frequencies it is necessary to use multiple antennas at either/both the transmitter and the receiver, in order to focus the signals through beamforming techniques. The resulting channel estimation becomes particularly complicated due to the low operating signal to noise ratio.
The thesis will pertain the channel estimation, obtained by the transmission of pilot signals known at the receiver and the elaboration of the received signal. The used techniques are based on digital signal processing and will exploit the characteristics of the mm-wave channel, i.e., the small number of reflections and the fact that these reflections are typically coming from an even smaller number of sources, providing a clustering of the paths followed by the signal from the transmitter to the receiver. In particular, we are going to used techniques based on compressed sensing and clustering.
Beyond the study of the problem and its solution from a theoretical viewpoint the thesis work includes the Matlab simulation of the found solutions, starting from tools already available for the simulation of the mm-wave channel.

For further information please contact Prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei.unipd.it).

I sistemi di navigazione satellitare (GPS e Galileo) presentano diversi problemi di sicurezza. Nel nostro laboratorio abbiamo mostrato come sia possibile generare un segnale GPS con strumentazione semplice e poco costosa, che fa credere al ricevitore GPS dei normali smartphone di essere in altri luoghi del mondo rispetto a quello in cui sono realmente. Stiamo ora realizzando un simulatore del ricevitore GPS/Galileo standard in linguaggio Python per capire come poi modificarlo per contrastare questi attacchi di sicurezza.

La tesi prevede lo studio di un blocco del ricevitore GPS (es. l’acquisizione dei segnali di vari satelliti, la parte di sincronizzazione temporale / frequenziale, la ricostruzione della localizzazione), la sua realizzazione in linguaggio Python all'interno del simulatore già esistente e lo studio di tecniche per contrastare gli attacchi sul quel blocco del ricevitore.

Per informazioni contattare i Prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei), Nicola Laurenti (nil@dei).

I sistemi di navigazione satellitare (GPS e Galileo) presentano diversi problemi di sicurezza. Nel nostro laboratorio abbiamo mostrato come sia possibile generare un segnale GPS con strumentazione semplice e poco costosa, che fa credere al ricevitore GPS dei normali smartphone di essere in altri luoghi del mondo rispetto a quello in cui sono realmente. Stiamo ora realizzando un simulatore del ricevitore GPS/Galileo standard in linguaggio Python per capire come poi modificarlo per contrastare questi attacchi di sicurezza.

Obiettivo della tesi è progettare l’architettura del simulatore così da ottenere un prodotto modulare, facilmente modificabile da più utenti nel corso del tempo e con adeguati meccanismi di versioning e reporting. Il software opererà non in tempo reale su PC a partire da un segnale GPS/Galileo registrato. L’attività si inserisce in un progetto di ricerca che coinvolge l’Agenzia Spaziale Europea e prevede la collaborazione con il Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC) di Barcellona. All’interno dell’attività di tesi è possibile svolgere parte del lavoro presso il CTTC.

Per informazioni contattare i Prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei) e Nicola Laurenti (nil@dei).

E' stata realizzata da studenti di LT di Ing. Informatica una app per Android che permette la comunicazione digitale tra dispositivi usando segnali audio. E' possibile scaricare l'app a questo indirizzo:

https://elearning.dei.unipd.it/mod/url/view.php?id=63214

Si tratta ora di aumentare le funzionalità dell'app come ad esempio:
- permettere la ricezione in tempo reale
- introdurre la codifica di canale
- permettere la trasmissione simultanea da più terminali in modalità a divisione di frequenza

Sono benvenuti anche gruppi di studenti che intendono realizzare il lavoro in team.

Per ulteriori informazioni rivolgersi al Prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei.unipd.it)

Al giorno d’oggi i sistemi di navigazione satellitare sono sempre più utilizzati da svariate applicazioni: dalla navigazione (Google Maps) alla mappatura di territori, al monitoraggio idrogeologico, alle smart grids, al timing nelle reti di telecomunicazioni. Tuttavia la versione civile di questo servizio non integra alcun meccanismo di sicurezza per proteggere l’autenticità dei dati forniti. Per questo motivo la commissione europea ha recentemente annunciato che il sistema di navigazione satellitare Galileo offrirà servizi di autenticazione. GPS, al momento, demanda gli aspetti di sicurezza al ricevitore, che deve provvedere da sé alla verifica della coerenza della soluzione calcolata.

Nella tesi si valuterà come integrare dati provenienti da diverse fonti al fine di difendere il ricevitore da manomissioni intenzionali volte ad arrecare danno. Le reti cellulari (LTE, 5G), ad esempio, consentono di stimare grossolanamente la posizione dei dispositivi mediante triangolazione. Un’alternativa consiste nell’uso di sensori del dispositivo stesso, come l’accelerometro o il giroscopio, che consentono di propagare la posizione ottenuta precedentemente da satellite. Queste soluzioni ibride possono portare ad un aumento del livello di sicurezza, che lo studente valuterà come obiettivo della tesi. Il lavoro proposto, che si presta ad approcci sia analitici che sperimentali, si inserisce all’interno di un progetto di ricerca più ampio, commissionato dall’agenzia spaziale europea.


Per ulteriori informazioni rivolgersi al Prof. Stefano Tomasin (tomasin@dei.unipd.it)